3.2.2 CATEGORIE DI SOTTOSUOLO E CONDIZIONI TOPOGRAFICHETOPOGRAFICHE

Categorie di sottosuolog

Per definire l’azione sismica di progetto, si valuta l’effetto della

risposta sismica locale (RSL)° mediante specifiche analisi (v.Risposta sismica e stabilità del sito e C7.11.3.1). In assenza di tali analisi, per ladefinizione dell’azione sismica si può fare riferimento ad un approcciodefinizione dell azione sismica si può fare riferimento ad un approcciosemplificato, che si basa sull’individuazione di categorie di sottosuolo diriferimento (Tab. 3.2.II e 3.2.III) e sulle condizioni topografiche.

___________________°Risposta sismica locale è l’azione sismica quale emerge in “superficie” a seguito dellemodifiche in ampiezza, durata e contenuto in frequenza, subìte trasmettendosi dalod c e p e , du e co e u o eque , sub e s e e dos dsubstrato rigido.

95

Fatta salva la necessità della caratterizzazione geotecnica dei terreni nel volumesignificativo1, ai fini della identificazione della categoria di sottosuolo, laclassificazione si effettua in base ai valori della velocità equivalente Vs30 dipropagazione delle onde di taglio (definita successivamente) entro i primi 30 m diprofondità.p f

Per le fondazionifondazioni superficialisuperficiali, tale profondità è riferita al piano di imposta delle stesse,mentre per le fondazioni su palipali è riferita alla testa dei pali.mentre per le fondazioni su palipali è riferita alla testa dei pali.

Nel caso di opere di sostegno di terreni naturali, la profondità è riferita alla testadell’operadell opera.

Per murimuri didi sostegnosostegno didi terrapieniterrapieni, la profondità è riferita al piano di imposta dellaf d ifondazione.

1 P l i ifi ti di t i i t d l t di tt l i fl t_________1 Per volume significativo di terreno si intende la parte di sottosuolo influenzata,direttamente o indirettamente, dalla costruzione del manufatto e che influenza il manufattostesso

→ → →

→terrapieno

→→

TerrenoNaturale

→p

⊥

→ punto di partenza dei 30m  di profondità per le VS30

E’E’ raccomandataraccomandata lala misuramisura direttadiretta delladella velocitàvelocità didi propagazionepropagazioneEE raccomandataraccomandata lala misuramisura direttadiretta delladella velocitàvelocità didi propagazionepropagazionedelledelle ondeonde didi tagliotaglio.La classificazione si effettua in base ai valori della velocitàequivalente VS 30.Nei casi in cui tale determinazione non sia disponibile, la classificazione può essereeffettuata :effettuata :-in base ai valori del numero equivalente di colpi della prova penetrometricadinamica (Standard Penetration Test) NSPT30 nei terreni prevalentemente a granagrossa-in base ai valori della resistenza non drenata equivalente cu30 nei terreniprevalentemente a grana fina.

Per le descritte cinque categorie di sottosuolo (A,B,C,D,E), le azioni sismiche sonodefinite oltre.Per sottosuoli appartenenti alle ulteriori categorie S1 ed S2 di seguito indicate (Tab.3.2.III,NTC)), è necessario predisporre specifiche analisi per la definizione delleazioni sismiche, particolarmente nei casi in cui la presenzapresenza didi terreniterreni suscettibilisuscettibili didiazioni sismiche, particolarmente nei casi in cui la presenzapresenza didi terreniterreni suscettibilisuscettibili didiliquefazioneliquefazione e/oe/o didi argilleargille d’elevatad’elevata sensitivitàsensitività possa comportare fenomeni di collassodel terreno. 99

Liquefazione

Liquefazione

101

102

Ripreso da G. Vannucchi (2009)

Lacune nella determinazione delle categorie di sottosuolo

La velocità equivalente delle onde di taglio Vs30 è definita dall’espressione (3.2.1)

La resistenza penetrometrica dinamica equivalente NSPT30 è definita dall’espressione

(3.2.2.)M

La resistenza non drenata equivalente cu30 è definita dall’espressione

cu,i resistenza non drenata nell’i-esimo strato;K numero di strati di terreni a grana fina compresi nei primi 30K numero di strati di terreni a grana fina compresi nei primi 30 m di profondità

(3 2 3)(3.2.3)

103

Nel caso di sottosuoli costituiti da stratificazioni di terreni a grana grossa e a granafina, distribuite con spessori confrontabili nei primi 30 m di profondità, ricadentip p pnelle categorie da A ad E, quando non si disponga di misure dirette della velocitàdelle onde di taglio si può procedere come segue:

-determinare NSPT,30 limitatamente agli strati di terreno a grana grossa compresi entro i primi 30 m di profondità;

d t i 30 li it t t li t ti di t fi i t i-determinare cu,30 limitatamente agli strati di terreno a grana fina compresi entro iprimi 30 m di profondità;

-individuare le categorie corrispondenti singolarmente ai parametri NSPT 30 e cu 30 ;-individuare le categorie corrispondenti singolarmente ai parametri NSPT,30 e cu,30 ;

-riferire il sottosuolo alla categoria peggiore tra quelle individuate al puntoprecedente.p

104

La Norma chiede la Vs30, ma la Vs30 stima l’amplificazione di sito?Tra Fattore di Amplificazione Fa e Vs30 è mai esistita unarelazione?Per trovare una presunta relazione tra il fattore di amplificazione e la Vs30 i datisono stati graficizzati in modo tale da enfatizzare relazioni inesistenti.Tutto ha avuto origine da un lavoro di Borcherdt pubblicato in Earthq. Spectra (1994)nel quale si evidenziavano alcune relazioni tra Vs100 ft (~ Vs30m) e l’amplificazionesismica registrata in diversi siti a seguito del terremoto di Loma Prieta (California,1989).)L’autore, che lavora per lo USGS (Servizio Geologico statunitense), analizzò i datifino a 30 m (100 piedi), perché quello era il set di cui disponeva e che si riferiva solo aquella profondità e non perché vi fossero evidenze che la Vs nei primi 30 m mostrassequella profondità e non perché vi fossero evidenze che la Vs nei primi 30 m mostrasseuna relazione con il fattore di amplificazione. In pratica, è stata la disponibilità didati e non la loro significatività a condurre alla scelta della Vs30 come parametrodi riferimentodi riferimento.Questo lavoro è stato recepito dalle agenzie locali di rischio sismico statunitensidivenendo direttiva.Q d ll di i i i i i ll l ifi i di i èQuesta parte delle direttive statunitensi in merito alla classificazione di sito è statarecepita dall’Eurocodice e di conseguenza dalla normativa italiana.

106(Ripreso da S. Castellaro, 2009)

Questa è la stessa figura di Earthq. Spectra (1994) ridisegnata in scala lineare.E’ palese che:p

107(Ripreso da S. Castellaro, 2009)

Passando alla scala logaritmica non sembra proponibile una relazione tra Fa e Vs30

Se però estendiamo la scala delle ordinate fino a coprire 3 ordini di grandezzaanziché l’1 scarso che i dati coprono, allora l’occhio viene ingannato e percepisceuna relazione che non esiste.

108(Ripreso da S. Castellaro, 2009)

Se poi aggiungiamo una retta di regressione p gg g gecco la famosa relazione Fa-Vs30

109(Ripreso da S. Castellaro, 2009)

Fa – Vs30: è mai esistita una relazione?

110(Ripreso da S. Castellaro, 2009)

Sintetizzando :La relazione Fa - Vs30 non regge nemmeno ad un’analisi statisticaelementare sul set di dati in cui è stata sviluppata (Castellaro et al.,SRL, 2008).E’ i t tibil h l i idità d l tt l i di il filE’ incontrovertibile che la rigidità del sottosuolo, e quindi il profilodi Vs vicino alla superficie, abbia un ruolo negli effetti di sito.Ma l’amplificazione sismica locale è alquanto complessaMa l amplificazione sismica locale è alquanto complessa(topografia, effetti di sorgente, profilo di rigidità fino al bedrocksismico ecc.) per poter essere descritta in maniera compiuta daun parametro sintetico come la Vs30.Concordando con Castellaro et al. (2008) :Q ll h t i fi i d ll il diQuello che conta ai fini dello sviluppo diun’amplificazione sismica locale sono, comeminimo, i parametri seguenti:

L’amplificazionemassima del

t d l lminimo, i parametri seguenti:profilo di Vs +profondità dei contrasti di impedenza =

moto del suolodi un terreno siha alla sua

111------------------------------------------------frequenze di risonanza

frequenza dirisonanza.

Qual è il metodo migliore per misurare la Vs30?

Di t di i tDi metodi ne esistonotanti, ciascuno conaltrettanti pro e contro.

Per la caratterizzazione sismica di unsito, la tecnica sismica passiva astazione singola è verosimilmentequella che ha più aspetti positivi perché misura ( e non “ deriva “ daquella che ha più aspetti positivi perché misura ( e non deriva daaltri N parametri) le frequenze di risonanza senza limiti di profonditànell’intervallo di interesse geotecnico e strutturale e in modo moltograpido. A questa si affiancheranno altre tecniche per caratterizzare ivalori assoluti di Vs, etc.

Condizioni topografiche

Per condizioni topografiche complesse è necessario predisporre specifiche analisi dirisposta sismica locale. Per configurazioni superficiali semplici si può adottare laseguente classificazione :seguente classificazione :

Da considerare solo se di altezza H > 30 m

113

Da considerare solo se di altezza H 30 m

T3T3

T2

|

T4_| _ H>30 m

FigFig.g g1.Fig.1

3.2.3 VALUTAZIONE DELL’AZIONE SISMICA (C 3.2.3)

Il moto sismico di ciascun punto del suolo al di sotto della costruzione può esseredecomposto in componenti secondo tre direzioni ortogonali; per ciascunacomponente dell’azione sismica può essere fornita una rappresentazione puntualecomponente dell azione sismica può essere fornita una rappresentazione puntualemediante :-l’accelerazione massima attesa,-l’intero spettro di risposta-l intero spettro di risposta,-le storie temporali dell’accelerazione (accelerogrammi). Qualora la costruzionesia di dimensioni limitate o le sue fondazioni siano sufficientemente rigide e

i t ti i ò h il t i l t t tti i ti l di tt d llresistenti, si può assumere che il moto sia lo stesso per tutti i punti al di sotto dellacostruzione. Altrimenti si deve tener conto della variabilità spaziale del moto, neimodi definiti nel § 7.3.2.5.

La rappresentazione di riferimento per le componenti dell’azionesismica è lo spettro di risposta elastico in accelerazione per unosismica è lo spettro di risposta elastico in accelerazione per unosmorzamento convenzionale del 5%. Esso fornisce la risposta massimain accelerazione del generico sistema dinamico elementare con periodo di

ill i 4 d è il d di f loscillazione T ≤ 4 s ed è espresso come il prodotto di una forma spettrale perl’accelerazione massima del terreno. 115

3.2.3.2.1 Spettro di risposta elastico in accelerazione delle componenti orizzontaliLo spettro di risposta elastico in accelerazione della componenteLo spettro di risposta elastico in accelerazione della componente orizzontale è definito dalle espressioni seguenti:

nelle quali T e Se sono, rispettivamente, periodo di vibrazione ed accelerazione spettrale orizzontale .

è il f tt h lt l tt l ti ffi i ti di t i i116

η è il fattore che altera lo spettro elastico per coefficienti di smorzamento viscosi convenzionali ξ ≠ 5%

Tc Periodo corrispondente inizio tratto a vel ocità costantetratto a vel.ocità costanteTb tratto ad accelerazione.costante

T*c periodo inizio tratto a vel. costante dello spettro in accelerazione orizzontaleaccelerazione orizzontale

Se accelerazionespettr.oriz.

Periodo inizio tratto a spostamento costante

Nelle (3.2.4) inoltre:S è il coefficiente che tiene conto della categoria di sottosuolo edelle condizioni topografiche mediante la relazione seguente

S = SS ×ST (3.2.5)essendo SS il coefficiente di amplificazione stratigrafica (vedi Tabessendo SS il coefficiente di amplificazione stratigrafica (vedi Tab.3.2.V) e ST il coefficiente di amplificazione topografica (vedi Tab.3.2.VI););

η è il fattore che altera lo spettro elastico per coefficienti dii i i li ξ di i d l % di lsmorzamento viscosi convenzionali ξ diversi dal 5%, mediante la

relazione ________

√ /( ξ) ( )η = √10/(5 + ξ) ³ > 0,55 (3.2.6) dove ξ (espresso in percentuale) è valutato sulla base di materiali,tipologia strutturale e terreno di fondazione;tipologia strutturale e terreno di fondazione;

Fo è il fattore di amplificazione spettrale massima, su sito diFo è il fattore di amplificazione spettrale massima, su sito di riferimento rigido orizzontale, ed ha valore minimo pari a 2,2;

TC è il periodo corrispondente all’inizio del tratto a velocitàcostante dello spettro, dato dap ,TC = CC ×T*C (3.2.7)doveT*c (Tratto Spettrale a Periodo Costante per un Periodo di Ritorno determinato) è definito al paragrafo 3.2 ;CC è ffi i t f i d ll t i di tt l ( diCC è un coefficiente funzione della categoria di sottosuolo (vedi Tab. 3.2.V), utilizzato per definire il Periodo di inizio del tratto costante dello Spettro di Risposta Elastico;costante dello Spettro di Risposta Elastico;

TB è il periodo corrispondente all’inizio del tratto dello spettro adaccelerazione costante,

TB = TC /3 (3.2.8)

TD è il periodo corrispondente all’inizio del tratto a spostamento costante dello spettro, espresso in secondi mediante la relazione:costante dello spettro, espresso in secondi mediante la relazione:

119

120

Per le componenti orizzontali del moto e per lecategorie di sottosuolo di fondazione definite nel § 3.2.2,g § ,la forma spettrale su sottosuolo di categoria A èmodificata attraverso il coefficiente stratigrafico SS , ilff g f ,coefficiente topografico ST e il coefficiente CC chemodifica il valore del periodo TC °.p

°° TC è il periodo corrispondente all’inizio del tratto a velocità costantedello spettro

123

Amplificazione stratigraficaPer sottosuolo di categoria A i coefficienti SS e CC valgono 1Per sottosuolo di categoria A i coefficienti SS e CC valgono 1.

Per le categorie di sottosuolo B, C, D ed E i coefficienti SS e CC possonog ff pessere calcolati, in funzione dei valori di Fo e T*C relativi al sottosuolodi categoria A, mediante le espressioni fornite nella Tab. 3.2.V, nelle

li è l’ l i di ità d il t è i diquali g è l’accelerazione di gravità ed il tempo è espresso in secondi.

Amplificazione topograficaPer tener conto delle condizioni topografiche e in assenza di specifichePer tener conto delle condizioni topografiche e in assenza di specificheanalisi di risposta sismica locale, si utilizzano i valori del coefficientetopografico ST riportati nella Tab. 3.2.VI, in funzione delle categoriep g p gtopografiche definite in § 3.2.2 e dell’ubicazione dell’opera odell’intervento.

La variazione spaziale del coefficiente di amplificazione topografica è definita da undecrementodecremento linearelineare concon l’altezzal’altezza deldel pendiopendio o rilievo, dalla sommità o cresta fino alla basedove ST assume valore unitario. ST si utilizza solo se H > 30 m. 125

T3T3

T2

1.1

1.0

||

T4H>30 m|------

FigFig.g g1.Fig.1

126

3.2.3.2.2 Spettro di risposta elastico in accelerazione della componente verticale

Lo spettro di risposta elastico in accelerazione della componenteverticale è definito dalle espressioni seguenti:p g

0

nelle quali T e Sve sono, rispettivamente, periodo di vibrazione edaccelerazione spettrale verticale e Fv è il fattore che quantifical’amplificazione spettrale massima, in termini di accelerazione

i t l i d l t it di if i t i idorizzontale massima del terreno ag su sito di riferimento rigidoorizzontale, mediante la relazione: 127

(3.2.11)

I valori di ag, Fo, S, η sono definiti nel § 3.2.3.2.1 per le componentiorizzontali; i valori di SS, TB, TC e TD, salvo più accurate; , , , pdeterminazioni, sono quelli riportati nella seguenteTab. 3.2.VII.

Per tenere conto delle condizioni topografiche, in assenza dispecifiche analisi si utilizzano i valori del coefficiente topograficospecifiche analisi si utilizzano i valori del coefficiente topograficoST riportati in Tab. 3.2.VI.

128

3.2.3.2.3 Spettro di risposta elastico in spostamento delle componenti orizzontalip p p pLo spettro di risposta elastico in spostamento delle componenti orizzontali SDe(T) siricava dalla corrispondente risposta in accelerazione Se(T) mediante la seguenteespressione:espressione:

(3.2.12)

purché il periodo di vibrazione T non ecceda i valori TE indicati in Tab. 3.2.VIII.

Tabella 3 2 VIII – Valori dei parametri TE e TFTabella 3.2.VIII Valori dei parametri TE e TF

129

3.2.3.4 Spettri di progetto per gli stati limite di esercizio (SLE)

Per gli stati limite di esercizio lo spettro di progetto Sd(T) da utilizzare, sia per leg p p g ( ) pcomponenti orizzontali che per la componente verticale, è lo spettro elasticocorrispondente, riferito alla probabilità di superamento, nel periodo di riferimento PVR,

considerata (v. paragrafi 2.4 e 3.2.1).

3.2.3.5 Spettri di progetto per gli stati limite ultimi (SLU)

Qualora le verifiche agli stati limite ultimi non vengano effettuate tramite l’uso diopportuni accelerogrammi ed analisi dinamiche al passo, ai fini del progetto o dellaverifica delle strutture le capacità dissipative delle strutture possono essere messe in contott id i d ll f l ti h h ti t i d lifi t d llattraverso una riduzione delle forze elastiche, che tiene conto in modo semplificato della

capacità dissipativa anelastica della struttura, della sua sovraresistenza, dell’incremento delsuo periodo proprio a seguito delle plasticizzazioni. In tal caso, lo spettro di progettoSd(T) da utilizzare sia per le componenti orizzontali sia per la componente verticale è loSd(T) da utilizzare, sia per le componenti orizzontali, sia per la componente verticale, è lospettro elastico corrispondente riferito alla probabilità di superamento nel periodo diriferimento PVR considerata (v. paragrafi 2.4 e 3.2.1), con le ordinate ridottesostituendo nelle formule 3 2 4 η con 1/q dove q è il fattore di struttura definito nelsostituendo nelle formule 3.2.4 η con 1/q, dove q è il fattore di struttura definito nelcapitolo 7 (compito dello strutturista).Si assumerà comunque η smorzamento diverso

da quello base del 5%

Sd(T) ≥ 0,2ag 130

q

131Sd(T) ≥ 0,2ag

↓

132